An asynchronous channel assignment scheme: performance evaluation

Due to its popularity, dense deployments of wireless local area networks (WLANs) are becoming a common feature of many cities around the world. However, with only a limited number of channels available, the problem of increased interference can severely degrade the performance of WLANs if an effective channel assignment scheme is not employed. In an earlier work, we proposed an improved asynchronous distributed and dynamic channel assignment scheme that (1) is simple to implement, (2) does not require any knowledge of the throughput function, and (3) allows asynchronous channel switching by each access point (AP). In this paper, we present extensive performance evaluation of the proposed scheme in practical scenarios found in densely populated WLAN deployments. Specifically, we investigate the convergence behaviour of the scheme and how its performance gains vary with different number of available channels and in different deployment densities. We also prove that our scheme is guaranteed to converge in a single iteration when the number of channels is greater than the number of neighbouring APs.

MICPA: a client-assisted channel assignment scheme for throughput enhancement in WLANs

The emergence of high-density wireless local area network (WLAN) deployments in recent years is a testament to the insatiable demands for wireless broadband services. The increased density of WLAN deployments brings with it the potential of increased capacity, extended coverage, and exciting new applications. However, the corresponding increase in contention and interference can significantly degrade throughputs, unless new challenges in channel assignment are effectively addressed. In this paper, a client-assisted channel assignment scheme that can provide enhanced throughput is proposed. A study on the impact of interference on throughput with multiple access points (APs)is first undertaken using a novel approach that determines the possibility of parallel transmissions. A metric with a good correlation to the throughput, i.e., the number of conflict pairs, is used in the client-assisted minimum conflict pairs (MICPA) scheme. In this scheme, measurements from clients are used to assist the AP in determining the channel with the minimum number of conflict pairs to maximize its expected throughput. Simulation results show that the client-assisted MICPA scheme can provide meaningful throughput improvements over other schemes that only utilize the AP’s measurements.

En jämförelse av olika kommunikationstekniker och systemarkitekturiska lösningar vid uppbyggnad av nätverk i naturen.

Att konstruera ett tidtagningssystem för enduro i skogen leder till flera frågor som måste undersökas och besvaras. Vilken kommunikationsteknik ska användas och vilken systemarkitekturisk lösning passar bäst? Att dra kabel ute i skogen är ett bra sätt att lösa det kommunikationstekniska problemet, lösningen är säker och relativt billig. Visst påverkas priset av distansen mellan olika klienter ute i skogen, men alla positiva egenskaper hos tekniken gör denna kostnad värd sitt pris. De geografiska variationer som kan finnas är de som kan spela ut de övriga teknikerna i form av stabilitet. En snabb resultatförmedling kräver ett system som har en väl uppbyggd systemarkitektur. Vid tidtagning kommer data i form av tider skickas från klienterna direkt till huvudservern, ingen mellanlagring sker utan data lagras centralt vilket förespråkas i IRM. Dessutom kommer ingen redundans att accepteras, vilket även det förespråkas av IRM. Det finns även flera andra parametrar som väger för att välja IRM, vilket är det som rekommenderas utifrån den analys som gjorts i denna uppsats.

A review of current mobility prediction techniques for ad hoc networks

Next Generation Networks (3G & beyond) will support real-time multimedia applications through traditional wide-area networking concepts as well as hot-spot (WLAN) and ad hoc networking concepts. In order to fulfil the vision of Next Generation Networks a method of maintaining a real-time flow despite frequent topology changes and irregularity in user movement is required. Mobility Prediction has been identified as having applications in the areas of link availability estimation and pro-active routing in ad hoc networks. In this work we present an overview of current mobility prediction schemes that have been proposed. Simulation results are also presented.

Route maintenance using mobility prediction for mobile ad hoc networks

Next generation networks (3G & beyond) will support real-time multimedia applications through traditional wide-area networking concepts as well as hot-spot (WLAN) and ad hoc networking concepts. In order to fulfill the vision of next generation networks a method of maintaining a real-time flow despite frequent topology changes and irregularity in user movement is required. Mobility prediction has been identified as having applications in the areas of link availability estimation and pro-active routing in ad hoc networks. In this work we present the mobility prediction based algorithm for route maintenance in mobile ad hoc networks. Simulation study of the algorithm proves it to offer significant benefits to dynamic source routing (DSR)

Applying fair intelligent congestion control in a hybrid QoS architecture for wireless environment

This simple and scalable Differentiated Services (DiffServ) QoS control model is acceptable for the core of the network. However, more explicit and stringent admission and reservation based QoS mechanisms are required in the wireless access segment of the network, where available resources are severely limited and the degree of traffic aggregation is not significant, thus rendering the DiffServ principles less effective. In this paper we present a suitable hybrid QoS architecture framework to address the problem. At the wireless access end, the local QoS mechanism is designed in the context of IEEE 802.11 WLAN with 802.11e QoS extensions. At the edge and over the DiffServ domain, the Fair Intelligent Congestion Control (FICC) algorithm is applied to provide fairness among traffic aggregates and control congestion at the bottleneck interface between the wireless link and the network core.

Adaptation of LEACH routing protocol to cognitive radio sensor networks

One of the drawbacks of LEACH protocol is the uncontrolled selection of cluster heads which, in some rounds, leads to the concentration of them in a limited area due to the randomness of the selection procedure. LEACH-C is a variant of LEACH that uses a centralized clustering algorithm and forms good clusters through sink control. According to experimental results, the IEEE 802.15.4 packets are damaged by WLAN interferences in ISM band. It seems that, sensor nodes equipped with cognitive radio capabilities can overcome this problem. In cognitive radio sensor networks (CRSN), routing must be accompanied by channel allocation. This requires spectrum management which can be devolved to cluster heads. For this networks, new duty cycle mechanisms must be designed that jointly consider neighbor discovery, and spectrum sensing/allocation. Cluster-based network architecture is a good choice for effective dynamic spectrum management. In such architecture, cluster heads have a proper spatial distribution and are optimally located all over the network. In this paper, using the physical layer information and preserving the feature of random cluster head selection in LEACH, it has been tried to both move the position of cluster heads to appropriate locations and make their quantity optimal. The simulation results show that the transferal of cluster heads to appropriate locations increases the network lifetime significantly though this comes at the price of early instability appearance. By considering the energy level in cluster head election algorithm, one can overcome the network stability issues too. However, this will move the cluster heads away from their appropriate locations. © 2012 IEEE.

Análise e projeto de superfícies seletivas de frequência com elementos pré-fractais para aplicações em comunicações indoor

In this thesis, a frequency selective surface (FSS) consists of a two-dimensional periodic structure mounted on a dielectric substrate, which is capable of selecting signals in one or more frequency bands of interest. In search of better performance, more compact dimensions, low cost manufacturing, among other characteristics, these periodic structures have been continually optimized over time. Due to its spectral characteristics, which are similar to band-stop or band-pass filters, the FSSs have been studied and used in several applications for more than four decades. The design of an FSS with a periodic structure composed by pre-fractal elements facilitates the tuning of these spatial filters and the adjustment of its electromagnetic parameters, enabling a compact design which generally has a stable frequency response and superior performance relative to its euclidean counterpart. The unique properties of geometric fractals have shown to be useful, mainly in the production of antennas and frequency selective surfaces, enabling innovative solutions and commercial applications in microwave range. In recent applications, the FSSs modify the indoor propagation environments (emerging concept called wireless building ). In this context, the use of pre-fractal elements has also shown promising results, allowing a more effective filtering of more than one frequency band with a single-layer structure. This thesis approaches the design of FSSs using pre-fractal elements based on Vicsek, Peano and teragons geometries, which act as band-stop spatial filters. The transmission properties of the periodic surfaces are analyzed to design compact and efficient devices with stable frequency responses, applicable to microwave frequency range and suitable for use in indoor communications. The results are discussed in terms of the electromagnetic effect resulting from the variation of parameters such as: fractal iteration number (or fractal level), scale factor, fractal dimension and periodicity of FSS, according the pre-fractal element applied on the surface. The analysis of the fractal dimension s influence on the resonant properties of a FSS is a new contribution in relation to researches about microwave devices that use fractal geometry. Due to its own characteristics and the geometric shape of the Peano pre-fractal elements, the reconfiguration possibility of these structures is also investigated and discussed. This thesis also approaches, the construction of efficient selective filters with new configurations of teragons pre-fractal patches, proposed to control the WLAN coverage in indoor environments by rejecting the signals in the bands of 2.4~2.5 GHz (IEEE 802.11 b) and 5.0~6.0 GHz (IEEE 802.11a). The FSSs are initially analyzed through simulations performed by commercial software s: Ansoft DesignerTM and HFSSTM. The fractal design methodology is validated by experimental characterization of the built prototypes, using alternatively, different measurement setups, with commercial horn antennas and microstrip monopoles fabricated for low cost measurements

Uma nova proposta de antenas Quasi-Yagi banda larga para comunicação sem fio

ln this work, planar quasi- Y agi antennas are investigated based on the concept of the classic Y agi_Uda antennas. These antennas represent improvements on the topologies of the antennas existing printed because they present characteristics of broad bandwidth, excellent radiation diagrams and simple construction. New configurations are adapted for the driver of the antennas, introducing patches elements into the driver. These new configurations are named Patches Elements Anteonas (PEA). This adaptation is obtained from simulations that are executed usiog the software C8T Microwave 8tudio 5. After doing the optimizations, procedures for construction and measurement ofthe prototypes are executed in order to improve the performance of the antennas in such way that they could be used in wireless communication applications, such as Bluetooth, WLAN' s and Wi-Fi. Next, the quasi- Y agi antennas are studied in order to implement them in arrangements. The arrangements construction is based 00 the best driver configuration of the antenna developed in this work. First, a linear arrangement composed by two elements of quasi¬Yagi antennas is constructed in such way that the radiation characteristics and the mutual coupling effects could be analyzed. After that, a 90° angle arrangement composed by two elements is studied to observe the effect of circular polarization. Experiments are executed in order to evaluate the arrangements performance. The experimental results show that the analysis made in this work is efficient and accurate. The numerical values obtained for the analyzed parameters of each structure developed are compared with the experimental values. 80, it is possible to observe a good concordance between them. Finally, some future works proposals are presented

Camada de gerenciamento para comunicação entre computadores baseada em redes sem fio (WSE-OS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Kappa-PSO-ARTMAP Fuzzy: uma metodologia para detecção de intrusos baseado em seleção de atributos e otimização de parâmetros numa rede neural ARTMAP Fuzzy

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Modelo de propagação indoor multi-andar em 2.4 GHz com estimativa de parâmetros de QoS em chamadas VoIP

O advento de novas formas multimídia tem atraído uma clientela exigente, onde preocupação não é somente com o serviço, mas também, com a qualidade que esse serviço pode ser oferecido. As WLAN (Wireless Local Area Networks) tornaram-se a forma mais comum de roteamento de Internet, devido ao seu baixo custo e facilidade de implementação. Para realizar um bom roteamento é necessário um planejamento, utilizando-se modelos. Os modelos de propagação existentes na literatura fazem a predição da intensidade do sinal, mas algumas vezes não contemplam a previsão de um bom serviço. Nesse sentido a presente dissertação propõe-se a elaborar um modelo de propagação empírico indoor multi-andar que não só prediz a potência recebida, mas também faz uma previsão para algumas métricas de QoS (Quality of Service) de chamadas VoIP (Voice over Internet Protocol). Para a elaboração do modelo proposto foram feitas campanhas de medição, em um prédio de dois andares, em pisos distintos mantendo-se a posição do ponto de acesso (PA) fixa. Estudos de geometria analítica para a contagem e agregação de perdas em pisos e paredes. Os resultados do modelo proposto foram comparados com um modelo da literatura que tem um comportamento similar, onde é possível verificar o melhor desempenho do modelo proposto, e para efeito de estudo um andar completamente simulado foi introduzido para avaliação.

Planejamento de redes de comunicação sem fio para ambiente indoor considerando os efeitos da polarização das antenas: abordagem baseada em medições

Uma das principais aplicações de ondas eletromagnéticas, na atualidade, na área de telecomunicações trata dos enlaces em sistemas móveis sem fio. Sejam estes terrestres (indoor/outdoor) ou via satélites, o projetista do sistema de telecomunicações tem que ser capaz de determinar os sistemas irradiantes, as potências envolvidas, a frequência de operação do sistema, a área de cobertura e os parâmetros de qualidade do serviço. O planejamento das novas redes de comunicações sem fio representa um grande desafio ao incluir serviços cada vez mais avançados com diferentes requisitos de qualidade, suporte a mobilidade, altas taxas de transmissão e capacidades elevadas de tráfego. Os diversos ambientes nos quais essas redes operam, os fenômenos associados produzem diversos efeitos no comportamento do sinal recebido e, consequentemente, uma variação no desempenho do enlace de comunicação entre os pontos de acesso, a rede e os usuários. Por conseguinte, esses efeitos devem ser avaliados corretamente, de tal forma que o dimensionamento da rede atenda aos requisitos de qualidade regulamentados. O presente trabalho objetiva estabelecer uma metodologia para o planejamento de redes de comunicação sem fio para ambientes indoor, considerando os parâmetros de qualidade de serviços e os efeitos da polarização das antenas. Foi proposto um modelo empírico para determinar a área de cobertura desse ambiente a partir de uma abordagem baseada em medições. Como resultado de campanhas de medições, foram identificados os principais parâmetros que interferem nas perdas no enlace de propagação, destacando-se os materiais envolvidos no ambiente bem como os efeitos da polarização das antenas transmissora, entre outros. Tais efeitos, avaliados corretamente, permitirão ao projetista da rede, de uma forma crítica e com base em dados obtidos em campo, definir a melhor configuração de parâmetros e critérios de projeto para a implantação de uma rede móvel de acesso sem fio. As medições para determinação dos parâmetros de cobertura e de qualidade de serviços foram realizadas no prédio do Laboratório de Engenharia Elétrica e de Computação e no prédio de aulas do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará. Nas campanhas de medição foram utilizadas algumas frequências, escolhidas devido à importância dos serviços disponibilizados: 2,4 GHz - redes locais sem fio (WLAN’s); 3,5 GHz - Wimax licenciado; 5,85 GHz - Wimax livre e 10 GHz (a faixa de 9,8 a 10 GHz não está ainda regulamentada, de 10 - 10,15 GHz-radioamador (Resolução Anatel, Nº 452/2006 - D.O.U. de 20.12.2006) ou serviços de comunicações multimídias (SCM) para sistemas em banda larga). Os principais resultados obtidos com o modelo proposto foram avaliados e comparados com os principais modelos da literatura e mostraram que a metodologia adotada para o planejamento de redes de comunicação sem fio em ambientes indoor teve um bom desempenho.

Estratégia do planejamento e otimização de sistemas sem fio, considerando redes interferentes: abordagem baseada em cross-layer

Apesar do aumento significativo do uso de redes locais sem fio (WLAN) nos últimos anos, aspectos de projeto e planejamento de capacidade da rede são ainda sistematicamente negligenciados durante a implementação da rede. Tipicamente um projeto de rede local sem fio é feito e instalado por profissionais de rede. Esses profissionais são extremamente experientes com redes cabeadas, mas são ainda geralmente pouco experientes com redes sem fio. Deste modo, as instalações de redes locais sem fio são desvantajosas pela falta de um modelo de avaliação de desempenho e para determinar a localização do ponto de acesso (PA), além disso, fatores importantes do ambiente não são considerados no projeto. Esses fatores se tornam mais importante quando muitos pontos de acesso (PAs) são instalados para cobrir um único edifício, algumas vezes sem planejamento de freqüência. Falhas como essa podem causar interferência entre células geradas pelo mesmo PA. Por essa razão, a rede não obterá os padrões de qualidade de serviço (QoS) exigidos por cada serviço. O presente trabalho apresenta uma proposta para planejamento de redes sem fio levando em consideração a influência da interferência com o auxílio de inteligência computacional tais como a utilização de redes Bayesianas. Uma extensiva campanha de medição foi feita para avaliar o desempenho de dois pontos de acesso (PAs) sobre um cenário multiusuário, com e sem interferência. Os dados dessa campanha de medição foram usados como entrada das redes Bayesianas e confirmaram a influência da interferência nos parâmetros de QoS. Uma implementação de algoritmo genético foi utilizado permitindo uma abordagem híbrida para planejamento de redes sem fio. Como efeito de comparação para otimizar os parâmetros de QoS, de modo a encontrar a melhor distância do PA ao receptor garantindo as recomendações do International Telecomunication Union (ITU-T), a técnica de otimização por enxame de partículas foi aplicada.

New strategies for planning and performance evaluation of wireless networks: case studies based on the cross-layer approach

The use of wireless local area networks, called WLANs, as well as the proliferation of the use of multimedia applications have grown rapidly in recent years. Some factors affect the quality of service (QoS) received by the user and interference is one of them. This work presents strategies for planning and performance evaluation through an empirical study of the QoS parameters of a voice over Internet Protocol (VoIP) application in an interference network, as well as the relevance in the design of wireless networks to determine the coverage area of an access point, taking into account several parameters such as power, jitter, packet loss, delay, and PMOS. Another strategy is based on a hybrid approach that considers measuring and Bayesian inference applied to wireless networks, taking into consideration QoS parameters. The models take into account a cross layer vision of networks, correlating aspects of the physical environment, on the signal propagation (power or distance) with aspects of VoIP applications (e.g., jitter and packet loss). Case studies were carried out for two indoor environments and two outdoor environments, one of them displaying main characteristics of the Amazon region (e.g., densely arboreous environments). This last test bed was carried out in a real system because the Government of the State of Pará has a digital inclusion program called NAVEGAPARÁ.